地基加固與支護(hù)降水的設(shè)計(jì)

顧小鋒

（南通市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南通 226000）

0 引言

基坑支護(hù)技術(shù)是結(jié)合了工程綜合基礎(chǔ)和類(lèi)似地下工程建設(shè)兩者之間的一種工程問(wèn)題，這種工程問(wèn)題所涉及到的建筑學(xué)知識(shí)十分廣泛。相對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)，其具有多層地下室以及類(lèi)似的地鐵隧道挖掘和地下停車(chē)場(chǎng)、變電站、地底倉(cāng)庫(kù)等。此外，城市生活空間的不斷發(fā)展，也導(dǎo)致有關(guān)基坑工程需求逐年增長(zhǎng)，伴隨而來(lái)的則是更具挑戰(zhàn)性的新問(wèn)題，這使工程技術(shù)人員不得不以全新視角來(lái)對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)研究[1]。

1 深基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)與施工現(xiàn)狀

在建筑工程中，一旦一個(gè)基坑開(kāi)挖深度超過(guò)了5m，那么就可以稱(chēng)其為深基坑。不過(guò)，在某些特殊情況下，一些工程的地質(zhì)條件和地下所涉及到的管線(xiàn)環(huán)境極其復(fù)雜，此時(shí)這種工程也可以算作深基坑工程。深基坑工程有兩大類(lèi)支護(hù)結(jié)構(gòu)：構(gòu)筑擋土墻結(jié)合內(nèi)部支撐的被動(dòng)支護(hù)形式，以及構(gòu)筑擋土墻結(jié)合錨桿的主動(dòng)支護(hù)形式。其中，錨桿支護(hù)是一種主動(dòng)支護(hù)。這種主動(dòng)支護(hù)體系是由縱向和橫向的支撐共同組成的，由這兩種支撐體系所構(gòu)筑完成的內(nèi)支撐體系，基坑面積大，開(kāi)挖深度深，而且不會(huì)占用太多外部空間，自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，不容易發(fā)生變形。此外，這種主動(dòng)支護(hù)體系還利用了地殼本身所具有的固定力量，其自身結(jié)構(gòu)能夠有效保持穩(wěn)定，并且防止巖石和土壤的坍塌。

在城市的不同區(qū)域進(jìn)行類(lèi)型不同的建設(shè)工程，這些建設(shè)工程的地基建筑類(lèi)型和所使用的地基施工技術(shù)是隨著施工場(chǎng)地的地質(zhì)變化而變化的。在此過(guò)程中，如果地下水位比較高，那么想要開(kāi)挖基層，就必須要在含水層被切斷的地下高水位地區(qū)進(jìn)行開(kāi)挖。含水層在被切斷之后，會(huì)出現(xiàn)壓力差作用，這導(dǎo)致地下水很容易滲入基坑當(dāng)中，如果不對(duì)其進(jìn)行排水，就會(huì)導(dǎo)致基坑的沁水現(xiàn)象加重，從而影響現(xiàn)場(chǎng)正常的施工條件。而且有可能會(huì)導(dǎo)致其他管道出現(xiàn)漏水和基坑邊緣出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，對(duì)此，必須要采取相關(guān)的有效排水和降水措施，保證現(xiàn)有的地基建設(shè)技術(shù)能夠在這些復(fù)雜的地基加固和基坑支護(hù)的降水設(shè)計(jì)環(huán)境下，滿(mǎn)足高效和安全的建筑地基的極高要求。目前，我國(guó)部分城市在進(jìn)行道路工程建設(shè)的過(guò)程中，仍然存在對(duì)地基施工技術(shù)及其優(yōu)化的重視程度不夠現(xiàn)象[2]。地基施工現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖1。

圖1 地基施工現(xiàn)場(chǎng)

2 施工中易出現(xiàn)的問(wèn)題

2.1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基坑的開(kāi)挖本質(zhì)上是一個(gè)讓土壤得到松動(dòng)和動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程。隨著基坑開(kāi)挖深度的不斷加強(qiáng)，基坑邊緣的土壤強(qiáng)度會(huì)逐漸下降，而形變程度則會(huì)逐步加大，但在實(shí)際建筑工程當(dāng)中，有一部分基坑設(shè)計(jì)在極限平衡理論之下，計(jì)算結(jié)果是滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求的。而且經(jīng)過(guò)安全系數(shù)的評(píng)估，其安全系數(shù)較高，可是在正式施工過(guò)程當(dāng)中，這些工程的安全情況卻不容樂(lè)觀(guān)。在施工的時(shí)候，基坑的環(huán)境變動(dòng)沒(méi)能滿(mǎn)足規(guī)范要求，雖然未發(fā)生事故，但依然有可能埋下安全隱患，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中，不能排除基坑出現(xiàn)嚴(yán)重形變和老化的情況。

2.2 基坑土壓力計(jì)算

對(duì)土壤壓力的計(jì)算是有效保證基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的關(guān)鍵，換句話(huà)說(shuō)，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)方面的難點(diǎn)就是如何計(jì)算土壤的壓力。目前一般運(yùn)用庫(kù)侖-朗金公式進(jìn)行計(jì)算，卻存在著很明顯的問(wèn)題。（1）這一有關(guān)土壤壓力的理論公式通常是針對(duì)縱向平面擋土墻設(shè)計(jì)問(wèn)題所構(gòu)筑的工事。但實(shí)際上高層建筑的基坑支護(hù)工程容易涉及到更多的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)，是不能夠?qū)⑵浜?jiǎn)單視為平面幾何問(wèn)題的。（2）這兩個(gè)公式都是以極限平衡理論為基礎(chǔ)，但是在實(shí)際的建筑工程中，土壤往往會(huì)出現(xiàn)位移情況，打破極限平衡理論。而在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，土壤的壓力是變化的，這種變化是很難有效捕捉的。所以通過(guò)使用庫(kù)侖-朗金公式進(jìn)行基坑土壤壓力的計(jì)算，很難得到準(zhǔn)確而令人滿(mǎn)意的計(jì)算結(jié)果。

2.3 地下水控制設(shè)計(jì)

在基坑的設(shè)計(jì)方面容易受到地下水位的變化影響，基坑很容易出現(xiàn)滲水問(wèn)題。基坑一旦陷入滲水問(wèn)題的困擾，則使施工難度和施工成本大大增加。

3 地基加固和基坑支護(hù)及降水設(shè)計(jì)的建議

3.1 做好精細(xì)化管理

“質(zhì)量安全大于天”，這是建筑業(yè)永恒不變的根基和真理。工程質(zhì)量不過(guò)關(guān)，是間接殺人的行徑。而在精細(xì)化管理面前，建筑質(zhì)量應(yīng)該做到意識(shí)、制度、監(jiān)管、行為四方面的完全確立。

（1）在意識(shí)方面，要向每一位施工者、檢查者和管理者都闡明質(zhì)量的重要性。通過(guò)大量的國(guó)內(nèi)外因建筑質(zhì)量不過(guò)關(guān)而導(dǎo)致重大安全事故的案例來(lái)警醒他們質(zhì)量第一的重要性。同時(shí)，對(duì)于建筑質(zhì)量中的一些灰色地帶如水泥質(zhì)量問(wèn)題、欺瞞和收買(mǎi)質(zhì)檢人員等細(xì)節(jié)性問(wèn)題進(jìn)行闡明，同樣通過(guò)案例說(shuō)明這些行為的危害極大，以警示相關(guān)人員。（2）在制度方面，管理者應(yīng)通過(guò)發(fā)現(xiàn)實(shí)際施工和檢查過(guò)程中出現(xiàn)的易被忽視問(wèn)題來(lái)完善制度。制度的監(jiān)管要嚴(yán)格執(zhí)行，發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題無(wú)法被制度所解釋和約束時(shí)應(yīng)該及時(shí)報(bào)告，絕不能利用漏洞來(lái)投機(jī)取巧。（3）對(duì)于監(jiān)管人員的思想教育也要到位，應(yīng)銘記：“制度是用來(lái)遵守的，而不是用來(lái)尋找漏洞后進(jìn)行利用的。”（4）行為上應(yīng)加強(qiáng)引導(dǎo)，盡可能地讓相關(guān)人員達(dá)到一種“無(wú)意識(shí)”（最低也得是“下意識(shí)”）遵守規(guī)則的行為。而為鞏固這一“無(wú)意識(shí)”或“下意識(shí)”地遵守規(guī)章制度的行為，必須加強(qiáng)前三方面的影響力。

3.2 設(shè)立配套管理機(jī)構(gòu)

在精細(xì)化管理部門(mén)的設(shè)立過(guò)程中，需要將有關(guān)的項(xiàng)目經(jīng)理作為主負(fù)責(zé)者，將其下屬的質(zhì)量監(jiān)督者作為相關(guān)項(xiàng)目工程師來(lái)進(jìn)行新的精細(xì)化部門(mén)的組建。明確部門(mén)職責(zé)范圍，將工程技術(shù)試驗(yàn)、物資調(diào)配、施工計(jì)劃設(shè)計(jì)、建筑質(zhì)量檢查以及施工技術(shù)發(fā)展等部分作為下屬分支機(jī)構(gòu)。項(xiàng)目經(jīng)理對(duì)這些下屬機(jī)構(gòu)的工作質(zhì)量和進(jìn)度進(jìn)行負(fù)責(zé)，而工程師應(yīng)該配合新的質(zhì)量監(jiān)督者領(lǐng)導(dǎo)人——施工隊(duì)長(zhǎng)來(lái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的施工工作進(jìn)行負(fù)責(zé)，這樣將原有的職務(wù)進(jìn)行重新劃分，并通過(guò)下屬辦公室進(jìn)行職責(zé)細(xì)化，達(dá)到精細(xì)化管理的目的，保證總體質(zhì)量的優(yōu)異。

3.3 運(yùn)用深地基基礎(chǔ)施工技術(shù)

該技術(shù)由于通過(guò)其進(jìn)行側(cè)向支撐的樁墻與內(nèi)部支撐所組合而成的樁撐體系來(lái)進(jìn)行地基施工，因而其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，且在施工范圍擴(kuò)大的同時(shí)還對(duì)地基施工質(zhì)量提供保障[3]。在地基施工技術(shù)方面的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循下列基本原則：

（1）負(fù)荷原則。該原則指的是道路工程中的地基建設(shè)必須要對(duì)其所能夠承受各類(lèi)力的最大范圍給出相應(yīng)準(zhǔn)確數(shù)值，同時(shí)在建設(shè)地基時(shí)應(yīng)對(duì)地基所承受的力量值進(jìn)行檢測(cè)，如果可能出現(xiàn)或者已經(jīng)出現(xiàn)超過(guò)地基可承受力量數(shù)值范圍的情況，應(yīng)立刻將注意力放置在降低地基所受力量的方面上[4]。等到地基可承受力量恢復(fù)到正常值之后，再進(jìn)行施工。由于地基在超出力量負(fù)荷之后往往會(huì)發(fā)生地基土剪切與地質(zhì)穩(wěn)定和平衡性上的破壞，因此必須對(duì)負(fù)荷原則進(jìn)行首要堅(jiān)持。

（2）遏制原則。該原則讓由于建設(shè)地基而引發(fā)的部分地質(zhì)結(jié)構(gòu)損壞的問(wèn)題能夠得到遏制，為達(dá)到這一目的，施工人員必須對(duì)地面開(kāi)采的次數(shù)和掘土量進(jìn)行有效把握，通過(guò)對(duì)地面和地下形變程度進(jìn)行人為控制，保證地基的承受能力不會(huì)下降，做好地基加固和基坑支護(hù)的降水設(shè)計(jì)工作。

（3）監(jiān)測(cè)原則。該原則指的是通過(guò)對(duì)地基的基礎(chǔ)不間斷進(jìn)行有關(guān)地基耐久度、地基強(qiáng)度等方面的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，從而使建設(shè)在該地基上面的建筑或路段能夠在結(jié)構(gòu)上得到契合。

負(fù)荷、遏制和監(jiān)測(cè)是目前地基加固和基坑支護(hù)的降水設(shè)計(jì)工程中應(yīng)遵循的基本原則[5]。

4 基坑降水設(shè)計(jì)所需要考慮的兩個(gè)關(guān)鍵因素

（1）需考慮場(chǎng)地周?chē)扔薪ㄖ锏母叨取⒎植己徒Y(jié)構(gòu)以及這些建筑物與基坑工程的距離[6]。當(dāng)基坑周?chē)牡叵略O(shè)施，包括電纜和管道設(shè)計(jì)用于降水時(shí)，也應(yīng)考慮其排水通道和供電。對(duì)于基坑降水，設(shè)計(jì)方案起著很大的抑制作用，有效考慮這些因素可以更具體地保證周?chē)ㄖ锖偷叵略O(shè)施的安全。（2）考慮基坑的土體結(jié)構(gòu)和地下水分布，包括土體的形成條件、顆粒含量和土體結(jié)構(gòu)、不同基坑、不同區(qū)域不同土層、不同深度和滲透系數(shù)等。如果滲透系數(shù)的計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確，很可能導(dǎo)致基坑降水方案的設(shè)計(jì)誤差。如果水壓估算錯(cuò)誤或?qū)又車(chē)牡刭|(zhì)水文資料了解不充分，基坑降水方案設(shè)計(jì)將發(fā)揮不了實(shí)際作用。

5 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)論是地基加固的基坑支護(hù)，還是和基坑相關(guān)的降水設(shè)計(jì)，都必須要能夠有效地考慮到周邊的建筑環(huán)境、建筑結(jié)構(gòu)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及地下重要管網(wǎng)的分布。在綜合分析了這些周邊環(huán)境因素之后，才能夠更好地進(jìn)行地基加固的基坑支護(hù)以及降水設(shè)計(jì)的關(guān)鍵方案[7]。